Inmediatamente después del nacimiento, los bebés humanos comienzan a desarrollar una red compleja y entretejida de microbios en sus intestinos. Conocido colectivamente como el microbioma intestinal, este ecosistema diverso está compuesto por miles de millones de bacterias, arqueas, virus y hongos. Todos juegan un papel importante en la salud y la enfermedad, y los investigadores se esfuerzan por comprender mejor sus misteriosas actividades.

En un nuevo estudio publicado en la revista microbiología naturalEfrem Lim y sus colegas están explorando la galaxia de virus presentes en el intestino, conocidos como viromeas intestinales. Descubrieron que algunos bebés prematuros experimentan cambios marcados en su patrón de virus intestinales justo antes de desarrollar una enfermedad grave y, a menudo, mortal conocida como enterocolitis necrosante (ECN).

El profesor Lim es investigador en el Centro de Biodiseño para Microbiómica Fundamental y Aplicada. También es el investigador principal del Centro de Genómica Viral de ASU y profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Vida de ASU.

El estudio se realizó en colaboración con colegas de ASU e investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington.

Aunque el componente bacteriano del microbioma intestinal ha recibido una atención considerable por parte de la investigación, los virus que habitan en el intestino siguen siendo un reino mayormente oculto. La firma viral destacada en el estudio, junto con los cambios en las comunidades bacterianas intestinales, podría proporcionar una señal de advertencia temprana de que un bebé está en riesgo de ECN, lo que permite a los médicos tomar medidas de emergencia.

«Ha habido evidencia durante muchos años de que el microbioma está involucrado en esta enfermedad de rápida evolución», dice Lim. «Los estudios han demostrado que los cambios en el microbioma intestinal en estos bebés prematuros parecen predecir la progresión de la enfermedad NEC».

Aún así, identificar los cambios microbianos específicos que condujeron a la enfermedad ha sido un desafío, y aún se desconoce el mecanismo exacto que causa la afección. El estudio actual es el primero en examinar exhaustivamente los cambios en el microbioma viral que parecen preparar el escenario para el desarrollo de NEC en bebés prematuros.

Nace un mundo microbiano

Los microbios comienzan a colonizar el intestino del bebé durante el nacimiento, cuando el bebé se encuentra con una variedad de microorganismos del tracto vaginal de su madre. A medida que el bebé succiona, recoge microbios adicionales de la piel de su madre, así como los que han entrado en la leche materna.

El bebé adquiere nuevos microbios de otros miembros de la familia y de otros miembros de la familia, e incluso de las mascotas. Todos estos se incorporan al microbioma intestinal en evolución, que se compone de alrededor de 20 a 100 mil millones de microbios.

Esta vasta comunidad microbiana dará forma a muchos aspectos de la salud de una persona a lo largo de su vida. No es sorprendente que los cambios anormales en el microbioma intestinal puedan provocar problemas graves, y los bebés prematuros son particularmente vulnerables a tales trastornos.

adelantado a su tiempo

El nacimiento prematuro generalmente se refiere a los bebés que nacen con menos de 37 semanas de gestación. La condición parece estar en aumento, aunque las causas detrás de esto no se entienden completamente. En muchos países de bajos ingresos, factores como el VIH, las infecciones, la malaria y las altas tasas de embarazo adolescente desempeñan un papel.

En 2020, 1 de cada 10 bebés nacidos en los Estados Unidos se vio afectado por un parto prematuro. Los bebés que nacen prematuramente (especialmente antes de las 32 semanas) tienen tasas más altas de mortalidad y discapacidad. Aquellos que sobreviven pueden tener problemas de salud duraderos, incluidas dificultades para alimentarse; problemas de respiración, visión y audición; y anormalidades, incluyendo retrasos en el desarrollo y parálisis cerebral.

Los bebés prematuros también corren el riesgo de NEC. La enfermedad a menudo ataca repentinamente. Cuando los bebés nacen con menos de 32 semanas de gestación, la incidencia de ECN osciló entre el 2 y el 7 % en los países de ingresos altos. La mortalidad en lactantes con enterocolitis necrosante oscila entre el 22 y el 38%.

Una enfermedad secreta

Aunque esta enfermedad en gran medida misteriosa es rara en los bebés nacidos a término, afecta a 1 de cada 1000 bebés prematuros. La condición ocurre sin previo aviso y puede hacer que un bebé pase de un estado aparentemente saludable a uno gravemente enfermo en cuestión de horas. La enfermedad generalmente ocurre de dos a seis semanas después del nacimiento.

La enfermedad causa una inflamación severa del tejido intestinal, causando su muerte. Tales condiciones se conocen como enfermedades necroinflamatorias. También se puede formar una perforación en los intestinos, a través de la cual las bacterias pueden ingresar al abdomen o al torrente sanguíneo. La secuencia de pasos que conducen a NEC sigue sin estar clara, aunque se cree que los factores de riesgo incluyen el uso prolongado de antibióticos a una edad temprana y fórmula infantil (además del parto prematuro).

Aunque los estudios han implicado fuertemente a los cambios en el microbioma intestinal como contribuyentes al desarrollo de NEC, ningún género bacteriano único se ha asociado consistentemente con la enfermedad.

Los bebés que sobreviven a la afección a menudo enfrentan problemas de salud de por vida que pueden incluir trastornos del neurodesarrollo y una afección conocida como síndrome del intestino corto.

El papel de los virus

En el estudio actual, se recolectaron 138 muestras de heces en las primeras 11 semanas de vida. Las muestras procedían de 23 bebés prematuros en una unidad de cuidados intensivos neonatales en St. Louis, Missouri. Nueve de estos bebés desarrollaron NEC, mientras que 14, que coincidían por peso y edad gestacional, no lo hicieron.

El estudio examinó las muestras utilizando la metagenómica, un método de secuenciación que permite a los investigadores extraer genes de todos los organismos presentes en una muestra. Esto permite a los microbiólogos como Lim evaluar la diversidad bacteriana e identificar la abundancia microbiana en diferentes entornos. La técnica también permite el estudio detallado de microorganismos que son difíciles o imposibles de cultivar en el laboratorio. (A principios de 2020, Lim utilizó la secuenciación metagenómica para examinar rápidamente el código de 30 000 letras del virus SARS-CoV-2 e identificar una mutación única).

El estudio muestra que los bebés NEC mostraron convergencia de firmas virales y bacterianas en el vioma intestinal. Sorprendentemente, los bebés con NEC mostraron una diversidad reducida en la composición viral entre las comunidades intestinales, un rasgo conocido como diversidad β. La disminución de la diversidad β viral ocurrió durante un período de 10 días antes del inicio de NEC y proporcionó un biomarcador potencial que alertó a los médicos sobre el peligro inminente. Los resultados sugieren que el viroma en desarrollo contiene pistas importantes sobre la salud de los bebés prematuros.

Horizontes microbianos

La investigación podría conducir no solo a un diagnóstico más rápido y mejores terapias para NEC, sino también para una amplia gama de enfermedades mediadas por el microbioma. Además, las terapias existentes destinadas a alterar el microbioma intestinal, como la terapia de trasplante de heces, podrían mejorarse aún más al evaluar el componente viral.

El estudio muestra que los componentes virales poco estudiados del microbioma tienen mucho que enseñarnos y es casi seguro que juegan un papel importante en la transición a ECN en bebés prematuros, pero también en otras enfermedades. Con tecnologías de secuenciación nuevas y de rápido desarrollo, los investigadores pueden comenzar a examinar el viroma en busca de valiosas guías de diagnóstico de enfermedades y diseñar terapias más efectivas.

Efrem Lim recibió el Premio al Logro de Investigación de la Facultad de ASU 2022 presentado en la Celebración del Día de la Fundación de la Universidad el 17 de marzo.

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